EP0970783A2 - Vorrichtung, insbesondere zum Positionieren und/oder Fügen oder Trennen von Bauteilen - Google Patents

Vorrichtung, insbesondere zum Positionieren und/oder Fügen oder Trennen von Bauteilen Download PDF

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EP0970783A2
EP0970783A2 EP99111623A EP99111623A EP0970783A2 EP 0970783 A2 EP0970783 A2 EP 0970783A2 EP 99111623 A EP99111623 A EP 99111623A EP 99111623 A EP99111623 A EP 99111623A EP 0970783 A2 EP0970783 A2 EP 0970783A2
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EP
European Patent Office
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positioning
rotating
vibrating
columns
linear
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EP99111623A
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English (en)
French (fr)
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EP0970783A3 (de
EP0970783B1 (de
Inventor
Rainer Kaesser
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0208—Compliance devices

Definitions

  • the invention is based on a device, in particular for positioning and / or joining or separating components according to the genus of the main claim.
  • a device in particular for positioning and / or joining or separating components according to the genus of the main claim.
  • DE 196 20 195 C1 is already such a device known, which has a base device, which on a Positioning device can be attached.
  • the Basic device At the Basic device are two superimposed Vibrating devices arranged in two different directions transverse to the direction of action of the Carry out oscillating movements.
  • At the A rotating device is arranged in the basic device.
  • the Rotary device is especially on the base device or attached to the positioning device, what about this leads the connection between the Positioning device and the device is difficult because the turning device takes up space.
  • the rotating device drives one on the lower one Vibrating device arranged gripping device rotatable on.
  • the rotating device with the gripping device via a transmission element, for example a flexible one flexible shaft or a cardan joint, connected.
  • the transmission element is a relatively complex one and therefore expensive component, with which only relatively small Torques are transferable.
  • the arrangement leads the rotating device, the transmission element and the Gripping device to a fairly large and heavy Construction of the device. This means that Positioning device can be designed large, which makes it expensive.
  • the device according to the invention in particular for Positioning and / or joining or separating components with has the characteristic features of the main claim in contrast, the advantage that the device is quite compact builds what makes it light.
  • a positioning device does not have to be particularly large, which on the one hand costs be saved.
  • the positioning device move the device faster, reducing cycle times in series production can be reduced.
  • the gripping device is directly on the rotating device is attached, preferably via a flange connection the connection is very robust and it can be quite large Torques are transmitted. It also increases this Connection of the maintenance intervals, which is advantageous when It is used in series production.
  • Linear bearing is also a fine positioning in the direction of action possible.
  • An advantageous further development of this storage it is when springs are used that match those in Counteract the acting force, since the Joining force reduce vibrations during fine positioning.
  • FIG. 1 shows a schematically represented Processing station
  • Figure 2 is a front view of a Device with some outbreaks
  • Figure 3 a Side view from the left according to Figure 2 with some Outbreaks.
  • a processing station 10 shown in FIG. 1 is used in a production line, not shown.
  • the Processing station 10 has a controller 12 for control a positioning device 14.
  • the Positioning device 14 is in the embodiment as Industrial robot shown with multiple axes. It is however, one in one axis is also possible instead provide acting linear axis.
  • On arm 15 of the Positioning device 14 is a device 16 in particular for positioning and / or joining or separating of components attached.
  • the device 16 engages one Piston 18, which is in a cylinder 20 with a bore 21, which is tensioned in a receptacle 22, is to be joined.
  • the assembled piston 18 and the cylinder 20 also be separated what is in a production line in the Practice, however, hardly ever occurs.
  • the device 16 can thus Positioning, especially fine positioning and / or joining or separating components such as pistons 18 and Cylinders 20, shafts and gears or any other Parts that have a very low clearance, for example 1 ⁇ m to 5 ⁇ m, can be used, this under Vibration support takes place.
  • Direction of action 23 shown with an arrow.
  • the detailed in Figures 2 and 3 Device 16 has for connection to the Positioning device 14 on a base device 24, the is substantially plate-shaped.
  • the connection to Positioning device 14 takes place via a flange surface 26.
  • Cable connection 28 is provided, via which the connection to the Control 12 takes place.
  • On the flange surface 26 opposite side 30 of the base device 24 are two linear bearings 32 arranged in parallel.
  • a first known per se Vibrating device 34 for generating a Vibration support for the device 16 stored.
  • linear bearings 32 are on a plate 35 of the first Vibrating device 34 attached, which is parallel to plate-shaped base device 24 is arranged.
  • the oscillating movements or vibrations of the first Vibrating device 34 are in the exemplary embodiment one belonging to the state of the art Plunger armature magnetic drive 38 generated with a AC voltage of appropriate frequency, for example 10Hz is applied.
  • the housing 40 of the Plunger armature magnetic drive 38 is with screws 42 and pins 44 attached to the base device 24.
  • the Plunger magnet drive 38 is arranged so that it does not or not substantially over the edge of the base device 24 and the plate 35 of the first vibrating device 34 protrudes what is advantageous to a compact Construction of the device 16 contributes.
  • the not The armature of the plunger magnet drive 38 shown is over a plate 46 arranged laterally on the device 16 with screws 48 with the first vibrating device 34 screwed.
  • the setting device 50 has one Threaded bolt 52 on, in a threaded hole in the plate 46 is rotated and secured with the help of a nut 54 is.
  • the threaded bolt 52 extends with a cylindrical Extension 56 in a formed in the base device 24 Bore 58 in which it has a first coil spring 60 acted upon.
  • the first coil spring 60 presses against one second coil spring 62, which is also in the bore 58 is arranged.
  • the coil springs 60, 62 is one Given the central position of the first vibration device 34, the is adjustable via the setting device 50.
  • the second plate 68 runs parallel to first plate 35 and the plate-shaped base device 24.
  • a plate 76 is located in the linear bearings 74 a second, also known per se Vibrating device 78 for generating a Vibration support for the device 16 stored.
  • the second can by the linear bearing 74 Vibrating device 78 oscillating movements in one execute the second longitudinal direction 80, which in FIG a double arrow is shown and both across the Effective direction 23 and also transversely to the first longitudinal direction 36 is directed.
  • the oscillating movements of the second Vibrating device 78 become like that of the first Vibrating device 34 generated.
  • the housing 40 one second plunger magnet drive 82 is between the Plates 35, 68 of the first vibrating device 34 so ordered that he did not or not significantly about this Plates 35, 68 protrude, resulting in a compact design contributes to the device 16.
  • the plunger magnet drive 82 on the second plate 68 is the first Vibrating device 34 attached.
  • At anchor 84 of the The plunger magnet drive 82 is a screw 86 Bracket 88 attached with a further screw 90 with the plate 76 of the second vibrating device 78 is. In this way, the plunger magnet drive 82 generated vibrations on the second Vibrating device 76 are transmitted.
  • a column 94 is arranged in the plate 76 of the second vibration device 78 in each of four bores 92.
  • the four columns 94 are part of a linear bearing 96 which acts along the direction of action 23 and enables fine positioning along the direction of action 23. At least two columns 94 should be provided.
  • the columns 94 protrude into the space between the plates 35, 68 of the first vibrating device 34.
  • Linear ball bearings 98 are provided as a further component of the linear bearing 96.
  • Two linear ball bearings 98 are arranged on each column 94. In practice, columns 94 and linear ball bearings 98 are obtained from a manufacturer.
  • the columns 94 in the linear ball bearings 98 have a minimal oversize of approximately 0.01 mm to 0.03 mm.
  • any play is taken out of the linear bearing 96.
  • a minimal play preferably from 0.01 mm to 0.05 mm
  • the linear ball bearings 98 are furthermore preferably arranged in the two U-legs 100 of a U-shaped receptacle 102, as a result of which the Columns 94 are arranged in the legs 100.
  • Compression spring 106 arranged against the bottom of the bore 104 and the plate 76 presses and its spring force in is adjustable in a known manner.
  • the compression springs 106 act against a joining force.
  • the joining force becomes essentially by the weight of the linear ball bearing 98, the Recording 102, the rotating device 116 and the Gripping device 132 generated, a portion of which Positioning device 14 when placed on the cylinder 20 come in addition.
  • a bolt 108 is provided in the plate for tilting 76 is attached and protrudes into the bore 104.
  • a receptacle 109 is on the side of a U-leg 100 trained in which a signal transmitter in the form of a bolt 110 is arranged.
  • the bolt 110 acts on one Proximity switch 111, which is fastened in a bracket 112, with the help of a screw 113 with the plate 76 and thus is connected to the second vibration device 78. If the receptacle 102 moves along the linear bearing 96, then the bolt 110 acts on the proximity switch 110, the Outputs control signals to the controller 12.
  • a rotating device 116 In a central opening 114 in the crossbar 115 of the U-shaped Recording 102 is a rotating device 116 attached, which is pneumatically operated, but also electrical actuation is conceivable.
  • a pneumatic one actuated rotating device 116 is, on the one hand, lighter, whereby the positioning device 14 is dimensioned smaller can be. On the other hand, this configuration is also more advantageous when using the device 16 in a Serial production.
  • the rotating device 116 has one pneumatically actuated drive part 117, the rotationally fixed with a shoulder 118 on an annular surface 119 around the Breakthrough 114 sits.
  • the drive part 117 is in the area between the cross bar 115 of the U-shaped receptacle 102 and the plate 35 of the first vibrating device 34 arranged, between the plate 35 and the Drive part 117 of the rotating device 116 a distance a is provided, which is slightly larger than that by the Linear bearing 96 is given stroke, causing the rotating device 116 can not hit the plate 35.
  • the rotating device 116 is therefore on the second Vibrating device 78 arranged, the Rotating device 116 in the exemplary embodiment via the receptacle 102 is mounted in the linear bearing 96, the linear bearing on the second vibration device 78 is provided and acts along the effective direction 23.
  • the rotating plane 120 of the rotating device 116 In the area of the opening 114 of the cross bar 115 the rotating plane 120 of the rotating device 116.
  • the rotating part 122 the rotating device 116 protrudes through an opening 124 Plate 68 of the first vibrating device 34 and one Breakthrough 126 of plate 76 of the second Vibrating device 78 out of device 16.
  • a flange connection 127 which consists of a first flange 128 which is part of the rotating device 116 and a second flange 130, which is part of a gripping device 132
  • the gripping device 132 is directly on the Rotating device 116 attached without another Transmission element is provided that both on the Rotary device 116 and the gripping device 132 additionally should be coupled.
  • the gripping device 132 and the rotating device 116 as a component is executed.
  • the gripping device 132 can advantageously be operated pneumatically.
  • Pneumatic part 134 To the Flange 130 of the gripping device 132 is included Pneumatic part 134 on, in turn two of the pneumatic part 134 actuated clamping elements 136 are arranged.
  • the Clamping elements 136 can be displaced transversely to the direction of action arranged and serve to tension the piston 18th
  • the device 16 with the in the gripping device 132nd cocked piston 18 first by the arm 15 of the Move the positioning device 14 to the cylinder 20. Then the piston 18 is placed on the cylinder 20. Because of of the compression springs 106, which act against the joining force the resulting force on cylinder 20 is almost zero; in any case, it can be adjusted to the joining process. Since the Positioning device 14 continues the device 16 in Moves in the direction of the cylinder 20, the moves Gripping device 132 and the rotating device 116 along the Pillars 94 of the linear bearing 96 until the bolt 110 den Proximity switch 111 applied and this one Outputs control signal to the controller 12.
  • the positioning device 14 pushes the piston 18 over the Device 16 further into the bore 21, this corresponds a tracking movement.
  • the vibrations and rotating movements the device 16 and the tracking movements of the Positioning device 14 are carried out until the piston 18 and the cylinder 20 completely into one another are joined.
  • the linear bearing 96 thus corresponds to a device for Fine positioning along the effective direction 23 of the Device 16 acts.
  • the Compression springs 106 can adjust the joining force, whereby the joining process can be optimized.
  • Compression springs 106 it is also conceivable for one To use the plunger magnet drive in order to achieve the Movements of the piston 18 when entering the bore 21 to optimize the cylinder 20. It is as another Alternatively, it is also possible to use a pneumatic cylinder use.
  • the described arrangement of the plunger armature magnet drives 38, 82 advantageously allows space for the Linear bearing 96, the receptacle 102 and the rotating device 116 to create and use, so that the device 16th is still very compact and therefore also lightweight. Thereby The device 16 is particularly well suited for use in a series production.

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  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Automatic Assembly (AREA)
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (16), insbesondere zum Positionieren und/oder Fügen oder Trennen von Bauteilen (18, 20) unter Vibrationsunterstützung vorgeschlagen. Die Vorrichtung (16) weist eine ersten in einer ersten Längsrichtung (36) quer zu einer Wirkrichtung (23) oszillierenden ersten Vibrationsvorrichtung (34), die an der Basisvorrichtung (24) gelagert ist. An der ersten Vibrationsvorrichtung (34) ist eine zweite in einer zweiten Längsrichtung (80) quer zur Wirkrichtung (23) und quer zur ersten Längsrichtung (36) oszillierenden Vibrationsvorrichtung (78) gelagert. An der zweiten Vibrationsvorrichtung (78) ist eine Drehvorrichtung (116) angeordnet, die eine Greifvorrichtung (132) drehbar antreibt. Dadurch baut die Vorrichtung (16) sehr kompakt und ist relativ leicht. Vorteilhafterweise ist die Drehvorrichtung (116) an einem Linearlager (96) gelagert, das entlang der Wirkrichtung (23) wirkt. Dadurch ist eine Feinpositionierung entlang der Wirkrichtung (23) möglich. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, insbesondere zum Positionieren und/oder Fügen oder Trennen von Bauteilen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE 196 20 195 C1 ist bereits eine derartige Vorrichtung bekannt, die eine Basisvorrichtung aufweist, die an einer Positioniervorrichtung befestigbar ist. An der Basisvorrichtung sind zwei übereinander angeordnete Vibrationsvorrichtungen angeordnet, die in zwei verschiedenen Richtungen quer zur Wirkrichtung der Vorrichtung oszillierende Bewegungen ausführen. An der Basisvorrichtung ist eine Drehvorrichtung angeordnet. Die Drehvorrichtung ist insbesondere auf der Basisvorrichtung oder an der Positioniervorrichtung angebracht, was dazu führt, daß die Verbindung zwischen der Positioniervorrichtung und der Vorrichtung erschwert ist, da die Drehvorrichtung Bauraum wegnimmt.
Weiterhin treibt die Drehvorrichtung eine an der unteren Vibrationsvorrichtung angeordnete Greifvorrichtung drehbar an. Hierzu ist die Drehvorrichtung mit der Greifvorrichtung über ein Übertragungselement, beispielsweise eine flexible biegsame Welle oder eine kardangelenkartige Kupplung, verbunden. Das Übertragungselement ist ein relativ komplexes und somit teures Bauteil, mit dem dennoch nur relativ kleine Drehmomente übertragbar sind. Insgesamt führt die Anordnung der Drehvorrichtung, des Übertragungselements und der Greifvorrichtung zu einer recht großen und schweren Konstruktion der Vorrichtung. Dadurch muß die Positioniervorrichtung konstruktiv groß ausgelegt werden, wodurch sie teuer wird.
Da die Drehvorrichtung an der Basisvorrichtung und die Greifvorrichtung an einer Vibrationsvorrichtung angeordnet ist, führt dies weiterhin zu einer Relativbewegung zwischen der Drehvorrichtung und der Greifvorrichtung. Dies führt zu einer erhöhten Belastung des Übertragungselements, was mit einem erhöhten Verschleiß verbunden ist. Dies wiederum führt zu verkürzten Wartungsintervallen, was nachteilig bei einem Einsatz der Vorrichtung in einer Serienproduktion ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere zum Positionieren und/oder Fügen oder Trennen von Bauteilen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Vorrichtung recht kompakt baut, wodurch sie leicht ist. Eine Positioniervorrichtung muß nicht sonderlich groß sein, wodurch zum einen Kosten gespart werden. Zum andern kann die Positioniervorrichtung die Vorrichtung schneller verfahren, wodurch Taktzeiten in einer Serienproduktion reduziert werden können.
Da die Greifvorrichtung direkt an der Drehvorrichtung befestigt ist, vorzugsweise über eine Flanschverbindung, ist die Verbindung sehr robust und es können recht große Drehmomente übertragen werden. Außerdem erhöht diese Verbindung die Wartungsintervalle, was vorteilhaft beim Einsatz in einer Serienproduktion ist.
Durch die Lagerung der Drehvorrichtung und der Greifvorrichtung über ein in Wirkrichtung wirkendes Linearlager ist auch eine Feinpostionierung in Wirkrichtung möglich. Eine vorteilhafte Weitergestaltung dieser Lagerung ist es, wenn Federn verwendet werden, die der in Wirkrichtung wirkenden Fügekraft entgegenwirken, da die Fügekraft die Vibrationen beim Feinpositionieren mindern.
Eine günstige Ausbildung eines Linearlagers ergibt sich durch die Verwendung von Säulen und Linearlagern, insbesondere Linear-Kugellager. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen den Säulen und den Linear-Kugellagern ein minimales Spiel vorgesehen ist. Dadurch wird das Linearlager besonders leichtgängig. Außerdem wirkt sich das Spiel positiv auf den Fügevorgang aus.
Eine einfache und stabile Verbindung zwischen der Drehvorrichtung und der Lagerung ergibt sich, wenn die Drehvorrichtung in einer vorzugsweise U-förmigen Aufnahme angeordnet ist, welche die Linear-Kugellager aufnimmt.
Besonders flexible Einsatzmöglichkeiten ergeben sich, wenn die Vorrichtung an einer Positioniervorrichtung angeordnet ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen und Merkmale sind besondere Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung beschrieben.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematisch dargestellte Bearbeitungsstation, Figur 2 eine Vorderansicht einer Vorrichtung mit einigen Ausbrüchen und Figur 3 eine Seitenansicht von links nach der Figur 2 mit einigen Ausbrüchen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine in der Figur 1 dargestellte Bearbeitungsstation 10 ist in einer nicht dargestellten Fertigungslinie eingesetzt. Die Bearbeitungsstation 10 weist eine Steuerung 12 zur Steuerung einer Positioniervorrichtung 14 auf. Die Positioniervorrichtung 14 ist im Ausführungsbeispiel als Industrieroboter mit mehreren Achsen dargestellt. Es ist jedoch auch möglich statt dessen eine in einer Achse wirkende Linearachse vorzusehen. Am Arm 15 der Positioniervorrichtung 14 ist eine Vorrichtung 16, insbesondere zum Positionieren und/oder Fügen oder Trennen von Bauteilen angebracht. Die Vorrichtung 16 greift einen Kolben 18, der in einen Zylinder 20 mit einer Bohrung 21, der in einer Aufnahme 22 gespannt ist, gefügt werden soll. Statt den Kolben 18 in den Zylinder 20 zur Montage zu fügen, können der zusammengebaute Kolben 18 und der Zylinder 20 auch getrennt werden, was in einer Fertigungslinie in der Praxis allerdings kaum vorkommt. Statt Bauteile wie den Kolben 18 und den Zylinder 20 ganz ineinander zu fügen, kann es aber auch erforderlich sein Bauteile nur zu positionieren, weil in einer folgenden Bearbeitungsstation beispielsweise die Teile miteinander verklebt oder verschweißt werden. Die Vorrichtung 16 kann jedoch somit zum Positionieren, insbesondere Feinpositionieren und/oder Fügen oder Trennen von Bauteilen, wie zum Beispiel Kolben 18 und Zylindern 20, Wellen und Zahnrädern oder irgendwelche andere Teile, die ein sehr geringes Spiel, zum Beispiel 1µm bis 5µm, aufweisen, verwendet werden, wobei dies unter Vibrationsunterstützung erfolgt. Für diese Vorgänge ist eine Wirkrichtung 23 mit einem Pfeil dargestellt.
Die in den Figuren 2 und 3 detailliert dargestellte Vorrichtung 16 weist zur Verbindung mit der Positioniervorrichtung 14 eine Basisvorrichtung 24 auf, die im wesentlichen plattenförmig ist. Die Verbindung zur Positioniervorrichtung 14 erfolgt über eine Flanschfläche 26. Seitlich ist an einer Seite der Basisvorrichtung 24 ein Kabelanschluß 28 vorgesehen, über den die Verbindung mit der Steuerung 12 erfolgt. An der von der Flanschfläche 26 abgewandten Seite 30 der Basisvorrichtung 24 sind zwei parallel angeordnete Linearlager 32 angeordnet. In den Linearlagern 32 ist eine erste an und für sich bekannte Vibrationsvorrichtung 34 zur Erzeugung einer Vibrationsunterstützung für die Vorrichtung 16 gelagert. Die Linearlager 32 sind hierfür an einer Platte 35 der ersten Vibrationsvorrichtung 34 angebracht, die parallel zur plattenförmigen Basisvorrichtung 24 angeordnet ist. Durch die Linearlager 32 führt die erste Vibrationsvorrichtung 34 oszillierende Bewegungen in einer ersten Längsrichtung 34 aus, die in der Figur 3 mit einem Doppelpfeil dargestellt ist und die quer zur Wirkrichtung 23 gerichtet ist.
Die oszillierenden Bewegungen oder Vibrationen der ersten Vibrationsvorrichtung 34 werden im Ausführungsbeispiel durch einen zum Stand der Technik gehörenden Tauchankermagnetantrieb 38 erzeugt, der mit einer Wechselspannung von entsprechender Frequenz, beispielsweise 10Hz beaufschlagt wird. Das Gehäuse 40 des Tauchankermagnetantriebs 38 ist mit Schrauben 42 und Stiften 44 an der Basisvorrichtung 24 befestigt. Der Tauchankermagnetantrieb 38 ist so angeordnet, daß er nicht oder nicht wesentlich über den Rand der Basisvorrichtung 24 und der Platte 35 der ersten Vibrationsvorrichtung 34 hinausragt, was in vorteilhafter Weise zu einer kompakten Konstruktion der Vorrichtung 16 beiträgt. Der nicht dargestellte Anker des Tauchankermagnetantriebs 38 ist über eine seitlich an der Vorrichtung 16 angeordnete Platte 46 mit Schrauben 48 mit der ersten Vibrationsvorrichtung 34 verschraubt. An der Platte 46 ist eine Einstelleinrichtung 50 angeordnet. Die Einstelleinrichtung 50 weist einen Gewindebolzen 52 auf, der in eine Gewindebohrung der Platte 46 gedreht ist und der mit Hilfe einer Mutter 54 gesichert ist. Der Gewindebolzen 52 reicht mit einem zylindrischen Fortsatz 56 in eine in der Basisvorrichtung 24 ausgebildete Bohrung 58, in der er eine erste Schraubenfeder 60 beaufschlagt. Die erste Schraubenfeder 60 drückt gegen eine zweite Schraubenfeder 62, die ebenfalls in der Bohrung 58 angeordnet ist. Durch die Schraubenfedern 60, 62 ist eine Mittellage der ersten Vibrationsvorrichtung 34 gegeben, die über die Einstellvorrichtung 50 einstellbar ist.
Von der von der Basisvorrichtung 24 abgewandten Seite 64 der ersten Platte 35 der ersten Vibrationsvorrichtung 34 stehen Bügel 66 ab, an denen eine zweite Platte 68 mit Schrauben 70 befestigt ist. Die zweite Platte 68 verläuft parallel zur ersten Platte 35 und zur plattenförmigen Basisvorrichtung 24. An der von den Bügeln 66 abgewandten Seite 72 der zweiten Platte 68 sind zwei parallel angeordnete Linearlager 74 angeordnet. In den Linearlagern 74 ist eine Platte 76 einer zweiten, ebenfalls an und für sich bekannten Vibrationsvorrichtung 78 zur Erzeugung einer Vibrationsunterstützung für die Vorrichtung 16 gelagert. Durch die Linearlager 74 kann die zweite Vibrationsvorrichtung 78 oszillierende Bewegungen in einer zweiten Längsrichtung 80 ausführen, die in der Figur 2 mit einem Doppeipfeil dargestellt ist und die sowohl quer zur Wirkrichtung 23 als auch quer zur ersten Längsrichtung 36 gerichtet ist. Die oszillierenden Bewegungen der zweiten Vibrationsvorrichtung 78 werden so wie die der ersten Vibrationsvorrichtung 34 erzeugt. Das Gehäuse 40 eines zweiten Tauchankermagnetantriebs 82 ist hierfür zwischen den Platten 35, 68 der ersten Vibrationsvorrichtung 34 so angeordnet, daß er nicht oder nicht wesentlich über diese Platten 35, 68 hinausragt, was zu einer kompakten Ausführung der Vorrichtung 16 beiträgt. Der Tauchankermagnetantrieb 82 ist auf der zweiten Platte 68 der ersten Vibrationsvorrichtung 34 befestigt. Am Anker 84 des Tauchankermagnetantriebs 82 ist über eine Schraube 86 ein Bügel 88 befestigt, der über eine weitere Schraube 90 mit der Platte 76 der zweiten Vibrationsvorrichtung 78 verbunden ist. Auf diese Weise können die vom Tauchankermagnetantrieb 82 erzeugten Vibrationen auf die zweite Vibrationsvorrichtung 76 übertragen werden.
In der Platte 76 der zweiten Vibrationsvorrichtung 78 ist in jeder von vier Bohrungen 92 je eine Säule 94 angeordnet. Die vier Säulen 94 sind Teil eines Linearlagers 96, das entlang der Wirkrichtung 23 wirkt und eine Feinpositionierung entlang der Wirkrichtung 23 ermöglicht. Es sollten mindestens zwei Säulen 94 vorgesehen sein. Die Säulen 94 ragen in den zwischen den Platten 35, 68 der ersten Vibrationsvorrichtung 34 vorhandenen Raum. Als weiterer Bestandteil des Linearlagers 96 sind Linear-Kugellager 98 vorgesehen. Auf jeder Säule 94 sind jeweils zwei Linear-Kugellager 98 angeordnet. In der Praxis werden die Säulen 94 und die Linear-Kugellager 98 von einem Hersteller bezogen. Die Säulen 94 haben dabei in den Linear-Kugellagern 98 ein minimales Übermaß von ca. 0,01mm bis 0,03mm. Auf diese Art ist jegliches Spiel aus dem Linearlager 96 herausgenommen. Vorteilhafterweise ist es im Ausführungsbeispiel jedoch so, daß zwischen den Säulen 94 und den Linear-Kugellager 98 ein minimales Spiel, vorzugsweise von 0,01mm bis 0,05mm, vorgesehen ist. Dadurch ist beispielsweise der sogenannte
Figure 00080001
Stick-Slip-Effekt" eliminiert, einem Ruckeln von Bauteilen aneinander, der beim Übergang von Haft- auf Gleitreibung auftritt. Die Linear-Kugellager 98 sind weiterhin vorzugsweise in den beiden U-Schenkeln 100 einer U-förmigen Aufnahme 102 angeordnet, wodurch auch die Säulen 94 in den Schenkeln 100 angeordnet sind.
Idealerweise sind in beiden U-Schenkeln 100 zwischen den Säulen 94 Bohrungen 104 ausgebildet. In jeder Bohrung 104 ist eine in der Figur 2 angedeutete schraubenförmige Druckfeder 106 angeordnet, die gegen den Grund der Bohrung 104 und die Platte 76 drückt und deren Federkraft in bekannter Weise einstellbar ist. Die Druckfedern 106 wirken einer Fügekraft entgegen. Die Fügekraft wird im wesentlichen durch die Gewichtskraft der Linear-Kugellager 98, der Aufnahme 102, der Drehvorrichtung 116 und der Greifvorrichtung 132 erzeugt, wobei noch ein Anteil von der Positioniervorrichtung 14 beim Aufsetzen auf den Zylinder 20 hinzukommt. Zur Sicherung der Druckfedern 106 gegen ein Verkanten ist ein Bolzen 108 vorgesehen, der in der Platte 76 befestigt ist und in die Bohrung 104 ragt.
An einem U-Schenkel 100 ist seitlich eine Aufnahme 109 ausgebildet, in der ein Signalgeber in Form eines Bolzens 110 angeordnet ist. Der Bolzen 110 beaufschlagt einen Näherungsschalter 111, der in einem Bügel 112 befestigt ist, der mit Hilfe einer Schraube 113 mit der Platte 76 und somit mit der zweiten Vibrationsvorrichtung 78 verbunden ist. Bewegt sich die Aufnahme 102 entlang des Linearlagers 96, so beaufschlagt der Bolzen 110 den Näherungsschalter 110, der Steuersignale an die Steuerung 12 abgibt.
In einem zentrischen Durchbruch 114 im Quersteg 115 der U-förmigen Aufnahme 102 ist eine Drehvorrichtung 116 befestigt, die pneumatisch betätigbar ist, wobei aber auch eine elektrische Betätigung denkbar ist. Eine pneumatisch betätigte Drehvorrichtung 116 ist zum einen jedoch leichter, wodurch die Positioniervorrichtung 14 kleiner dimensioniert werden kann. Zum andern ist diese Ausgestaltung auch vorteilhafter beim Einsatz der Vorrichtung 16 in einer Serienproduktion. Die Drehvorrichtung 116 weist einen pneumatisch betätigbaren Antriebsteil 117 auf, der drehfest mit einer Schulter 118 auf einer Ringfläche 119 um den Durchbruch 114 sitzt. Der Antriebsteil 117 ist im Bereich zwischen dem Quersteg 115 der U-förmigen Aufnahme 102 und der Platte 35 der ersten Vibrationsvorrichtung 34 angeordnet, wobei zwischen der Platte 35 und dem Antriebsteil 117 der Drehvorrichtung 116 ein Abstand a vorgesehen ist, der etwas größer als der durch das Linearlager 96 gegebene Hub ist, wodurch die Drehvorrichtung 116 nicht an die Platte 35 stoßen kann.
Die Drehvorrichtung 116 ist also an der zweiten Vibrationsvorrichtung 78 angeordnet, wobei die Drehvorrichtung 116 im Ausführungsbeispiel über die Aufnahme 102 im Linearlager 96 gelagert ist, wobei das Linearlager an der zweiten Vibrationsvorrichtung 78 vorgesehen ist und entlang der Wirkrichtung 23 wirkt.
Im Bereich des Durchbruchs 114 des Querstegs 115 verläuft die Drehebene 120 der Drehvorrichtung 116. Der Drehteil 122 der Drehvorrichtung 116 ragt durch einen Durchbruch 124 der Platte 68 der ersten Vibrationsvorrichtung 34 und einen Durchbruch 126 der Platte 76 der zweiten Vibrationsvorrichtung 78 aus der Vorrichtung 16 heraus. Vorzugsweise über eine Flanschverbindung 127, die aus einem ersten Flansch 128, der Teil der Drehvorrichtung 116 ist und einem zweiten Flansch 130, der Teil einer Greifvorrichtung 132 ist, ist die Greifvorrichtung 132 direkt an der Drehvorrichtung 116 befestigt, ohne daß ein weiteres Übertragungselement vorgesehen ist, daß sowohl an der Drehvorrichtung 116 und der Greifvorrichtung 132 zusätzlich angekuppelt werden müßte. Alternativ ist es auch denkbar, daß die Greifvorrichtung 132 und die Drehvorrichtung 116 als eine Komponente ausgeführt sind. Die Greifvorrichtung 132 ist vorteilhafterweise pneumatisch betätigbar. An den Flansch 130 der Greifvorrichtung 132 schließt sich ein Pneumatikteil 134 an, an dem wiederum zwei vom Pneumatikteil 134 betätigte Spannelemente 136 angeordnet sind. Die Spannelemente 136 sind quer zur Wirkrichtung verschiebbar angeordnet und dienen dem Spannen des Kolbens 18.
Am Flansch 130 der Greifvorrichtung 132 ist noch ein Signalgeber in Form eines halbringförmigen Nockens 138 angeordnet, der zwei Näherungsschalter 140 beaufschlagt. Diese geben Steuersignale an die Steuerung 12 ab, wodurch diese durch entsprechende Steuerung des Antriebsteils 117 die Drehvorrichtung 116 und somit die Greifvorrichtung 132 Drehungen von ±45° durchführen läßt. Es ist vorteilhaft, daß die Drehvorrichtung 116 die Greifvorrichtung 132 nicht umdrehbar antreibt. Insbesondere ist es von Vorteil, daß der Drehbereich der Drehvorrichtung 116 weniger als ±180° beträgt, da ansonsten Anschlußschläuche des Pneumatikteils sehr lange ausfallen müßten und da somit auch keine Probleme mit eventuellen Beschädigungen der Anschlußschläuche des Pneumatikteils 134 der Greifvorrichtung 132 auftreten. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Drehbereich der Greifvorrichtung 132 ±45°, was bezüglich der Funktion der Greifvorrichtung 132 während eines Fügevorgangs eines Kolbens 18 in eine Bohrung 20 ein sehr guter Wert ist.
Beim Fügen des Kolbens 18 in die Bohrung 21 des Zylinders 20 wird die Vorrichtung 16 mit dem in der Greifvorrichtung 132 gespannten Kolben 18 zunächst durch den Arm 15 der Positioniervorrichtung 14 an den Zylinder 20 verfahren. Dann wird der Kolben 18 auf den Zylinder 20 aufgesetzt. Aufgrund der Druckfedern 106, die entgegen der Fügekraft wirken, ist die resultierende Kraft auf den Zylinder 20 fast Null; jedenfalls ist sie auf den Fügevorgang einstellbar. Da die Positioniervorrichtung 14 die Vorrichtung 16 weiterhin in Richtung des Zylinders 20 verfährt, bewegt sich die Greifvorrichtung 132 und die Drehvorrichtung 116 entlang der Säulen 94 des Linearlagers 96, bis der Bolzen 110 den Näherungsschalter 111 beaufschlagt und dieser ein Steuersignal an die Steuerung 12 abgibt. Diese steuert nun die Vibrationsvorrichtung 34, 78 so, daß diese oszillierende Bewegungen entlang der Längsrichtungen 36, 80 ausführen. Die Amplituden dieser Bewegungen werden dabei ständig geändert und so überlagert, daß der Kolben 18 auf dem Zylinder 20 ein Suchmuster abfährt, bis er die Bohrung 21 des Zylinders 20 gefunden hat. Die Vorrichtung 16 sorgt hier also für eine Feinpositionierung des Kolbens 18 auf dem Zylinder 20.
Gleichzeitig mit dem Start der oszillierenden Bewegungen der Vibrationsvorrichtungen 34, 78 gibt die Steuerung 12 an die Drehvorrichtung 116 ein Signal, einen Drehvorgang zu beginnen, wobei die Drehvorrichtung 116 Drehungen von ±45° ausführt. Die Stellungen +45° bzw. -45° werden hierbei von den Näherungsschaltern 140 erkannt, die vom halbringförmigen Nocken 138 beaufschlagt werden. Durch ein entsprechendes Signal an die Steuerung 12 werden dann die Gegendrehungen eingeleitet. Es ist auch möglich den Drehvorgang nach der Durchführung des Suchmusters zu beginnen, jedoch ist die gleichzeitige Durchführung vorteilhafter.
Im Moment des Eindringens des Kolbens 18 in die Bohrung 21 des Zylinders 20 bzw. wenn der Kolben 18 in die Bohrung 21 rutscht, bewegt sich die Greifvorrichtung 132 mit der Drehvorrichtung 116 ein wenig entlang der Säulen 94 des Linearlagers 96 zurück; die Bewegung entlang des Linearlagers 96 stellt somit eine Feinpositionierung dar. Diese Bewegung des Linearlagers 96 wird wiederum vom Näherungsschalter 111 aufgrund der Bewegung des Bolzens 110 detektiert. Auf diese Weise können Rückschlüsse auf die Art des Eindringens des Kolbens 18 in die Bohrung 21 gewonnen werden, die in der Steuerung 12 auswertbar sind und mit denen der Fügevorgang visualisierbar, kontrollierbar und somit optimierbar ist. Die Drehbewegung während des Suchens und des Eindringens verhindert ein Verkanten des Kolbens 18 und sorgt dafür daß immer Gleitreibung statt Haftreibung wirkt, wodurch ein Stick-Slip-Effekt" verhindert wird.
Die Positioniervorrichtung 14 schiebt den Kolben 18 über die Vorrichtung 16 weiter in die Bohrung 21, dies entspricht einer Nachführbewegung. Die Vibrationen und Drehbewegungen der Vorrichtung 16 sowie die Nachführbewegungen der Positioniervorrichtung 14 werden solange durchgeführt, bis der Kolben 18 und der Zylinder 20 vollständig ineinander gefügt sind.
Durch die oszillierenden Bewegungen entlang der Längsrichtungen 36, 80 der Vibrationsvorrichtung 34, 78, was einer Vibrationsunterstützung beim Fügevorgang entspricht, in Verbindung mit den Drehbewegungen der Drehvorrichtung 116 und den Nachführbewegungen der Positioniervorrichtung 14 wird der Kolben 18 somit in die Bohrung 21 des Zylinders 20 gefügt.
Beim Fügevorgang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Säulen 94 und die Linear-Kugellager 98 ein minimales Spiel von wenigen Hundertstel Millimetern haben, da noch minimale Bewegungen der Greifvorrichtung 132 und der Drehvorrichtung 116 quer zur Wirkrichtung 23 möglich sind, was den Fügevorgang erleichtert. Zum andern ist dadurch der Stick-Slip-Effekt" eliminiert, wodurch der Fügevorgang nochmals optimiert wird.
Das Linearlager 96 entspricht also einer Vorrichtung zur Feinpositionierung, die entlang der Wirkrichtung 23 der Vorrichtung 16 wirkt. Insbesondere durch die Verwendung der Druckfedern 106 läßt sich die Fügekraft einstellen, wodurch der Fügevorgang optimierbar ist. Statt der Verwendung von Druckfedern 106 ist es auch denkbar, einen Tauchankermagnetantrieb zu verwenden, um damit die Bewegungen des Kolbens 18 beim Eindringen in die Bohrung 21 des Zylinders 20 zu optimieren. Es ist als weitere Alternative auch möglich, einen Pneumatikzylinder zu verwenden.
Die beschriebene Anordnung der Tauchankermagnetantriebe 38, 82 ermöglicht es in vorteilhafter Weise, Bauraum für das Linearlager 96, die Aufnahme 102 sowie die Drehvorrichtung 116 zu schaffen und zu nutzen, so daß die Vorrichtung 16 dennoch sehr kompakt und somit auch leicht ist. Dadurch eignet sich die Vorrichtung 16 besonders gut für den Einsatz in einer Serienproduktion.

Claims (10)

  1. Vorrichtung (16), insbesondere zum Positionieren und/oder Fügen oder Trennen von Bauteilen (18, 20) unter Vibrationsunterstützung mit einer Basisvorrichtung (24), mit einer ersten in einer ersten Längsrichtung (36) quer zu einer Wirkrichtung (23) oszillierenden ersten Vibrationsvorrichtung (34), die an der Basisvorrichtung (24) gelagert ist, mit einer zweiten in einer zweiten Längsrichtung (80) quer zur Wirkrichtung (23) und quer zur ersten Längsrichtung (36) oszillierenden Vibrationsvorrichtung (78), die an der ersten Vibrationsvorrichtung (34) gelagert ist, und mit einer Drehvorrichtung (116), die eine Greifvorrichtung (132) drehbar antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung (116) an der zweiten Vibrationsvorrichtung (78) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifvorrichtung (132) an der Drehvorrichtung (116), vorzugsweise über eine Flanschverbindung (127), befestigt ist.
  3. Vorrichtung (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Vibrationsvorrichtung (78) ein entlang der Wirkrichtung (23) wirkendes Linearlager (96) vorgesehen ist, in dem die Drehvorrichtung (116) gelagert ist.
  4. Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Federelement (106) vorgesehen ist, das der entlang der Wirkrichtung (23) wirkenden Fügekraft entgegenwirkt.
  5. Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Linearlager (96) aus mindestens zwei Säulen (94) besteht, die an der zweiten Vibrationsvorrichtung (78) befestigt sind, und Linear-Kugellagern (98), die um die mindestens zwei Säulen (94) angeordnet sind, und daß die Drehvorrichtung (116) mit den Linear-Kugellagern (98) verbunden ist.
  6. Vorrichtung (16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung (116) im Quersteg (115) einer U-förmigen Aufnahme (102) befestigt ist, in deren U-Schenkel (100) die Linear-Kugellager (98) angeordnet sind.
  7. Vorrichtung (16) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß vier Säulen (94) vorgesehen sind und daß an jeder Säule (94) zwei Linear-Kugellager (98) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Säulen (94) und den Linear-Kugellager (98) ein minimales Spiel vorgesehen ist.
  9. Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (16) an einer Positioniervorrichtung (14) angeordnet ist.
  10. Bearbeitungsstation (10), bestehend aus einer Steuerung (12), einer Positioniervorrichtung (14) und einer Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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